车载毫米波雷达的电动调节系统设计探讨丨厚势汽车

汪茂盛，胡连强等厚势汽车 2024-04-13

厚势按：本文分别从控制板块、动力板块以及执行板块这 3 大板块详述了智能汽车毫米波雷达的电动调节系统方案。此调节系统具有上下 10°、左右 10°的无级调节功能、精确锁止功能以及遥控功能。

本文来自 2018 年 4 月 10 日出版的《 上海汽车 》，作者是上海汽车集团股份有限公司前瞻技术研究部的汪茂盛、胡连强、谭方培、何健和周锋。

传感器对智能驾驶汽车至关重要，能让汽车「感知」周围的环境，汽车采集到环境信息后经过过滤分析作出正确判断。毫米波雷达让汽车具有前方碰撞预警、自动紧急制动、自适应巡航、盲点检测、变道辅助及后方碰撞预警等功能，使得汽车变得更安全、更智能。

毫米波雷达与摄像头、激光雷达、超声波雷达相比，不仅具有高距离分辨率、高角度分辨率、高速度分辨率，还具有不受恶劣天气及极端光线影响的优势。随着技术的进步，半导体的成本下降，毫米波雷达的成本逐渐降低到中低端汽车可以装配。

随着车载毫米波雷达应用的普及，其智能自适应调节功能应用也将成为未来发展的趋势。毫米波雷达对整车布置的角度要求较高，但目前还没有成熟调节机构来消除偏差以及自适应的调节，在一定程度上限制了探测范围。本文通过探索后形成了一套电动调节系统方案，具有调节角度精确可控、便捷、角度行程大的特点，为将来智能自适应调节功能的实现做了铺垫。

1. 系统方案

图 1 毫米波雷达视野

毫米波雷达视野精度要求比较高：长距离毫米波雷达的水平视野角 ±10°，精度需要达到 ±0．5°；中距离毫米波雷达的水平视野角 ±45°，精度需要达到 ±1°，如图 1 所示。

图 2 安装方式

目前毫米波雷达安装方式如图 2 所示，通过 4 颗螺钉固定在板件支架上，再安装在车身上。此安装模式只能通过加减叠片实现角度调节，调整过程需要不停反复安装，这给标定工作带来很大的困难，而且效率低下。

图 3 电动调节支架

针对目前的状况，设计了双维度空间可调的电动调节支架（见图 3），满足调节要求，极大提高了标定工作效率。电动调节支架无论位于保险杠中间还是保险杠内两侧，都可以通过红外遥控进行电动调节，且可以实时观看到调节后的效果。

将来调节支架不仅是电动可调的，更可以像自适应大灯一样进行智能调节。系统在工作开始时，接受来自悬架装置的传感器信号以及 ABS 系统的车速信号，可以判断汽车是静止还是恒速状态，汽车一旦启动，系统就开始修正支架的角度。如果汽车进入波动较大的工况时，系统的信号处理速度更快，几分之一秒就可以调整毫米波雷达的角度，视野更为清晰，行驶更为安全。

图 4 调节系统 3 大板块

针对目前的状况所设计的电动调节系统包括 3 个板块：控制板块、动力板块以及执行板块（见图 4），以下为几方面技术效果：

（1）上下、左右双维度的无级调节功能，调节角度为上下 10°、左右 10°；

（2）精确锁止功能，动力输出即时解锁，停止即时精确锁止；

（3）红外遥控功能，较长距离调节遥控执行机构。

2. 控制板块

图 5 控制板块

控制板块具有 6 个模块组，分别为红外模块组、单片机模块组、继电器模块组、稳压模块组、控制模块框架和电池组（见图 5）。

图 6 电控示意图

红外遥控器发出信号，由红外模块组接收信号，再传输给单片机模块组进行信号处理，接着由单片机模块组发出指令给继电器模块组来控制大电流，4 个继电器控制 2 个电机正、反转，见图 6。

图 7 红外模块组工作原理图

整个系统运转的电动调节控制策略：开始红外模块组初始化，红外接受器通过不停扫描来接收发送的信号，见图 7。

图 8 控制板块工作原理图

接收到的信号有效就辨别哪个按键按下，识别顺序为 k1、k2、k3、k4，如 k1 键按下则执行打开继电器 1，在这过程中不断检测是否 k5 键按下，没按下则保持原状，按下则关闭继电器 1，此后返回到红外接受器不停扫描信号的状态，如果 5 min 没有收到有效的红外中断信号则程序结束。k2、k3、k4 中的一个键被按下策略与 k1 键被按下的策略一样，见图 8。

3. 动力板块

图 9 动力板块及原理图

动力板块包括 4 个区域：动力产生区域、减速区域、锁止区域和动力输出区域，见图 9。控制板块输出大电流供给动力产生区域的微电机，从而产生16000 r/min 高速旋转，动力经过减速区域的减速齿轮组后输出低速旋转，继续经过锁止区域，具体通过齿轮锁止拨盘进行拨动解锁，依次传递给锁止芯、锁止橡胶芯、传动芯，然后由锁止输出支架输出给凸轮进行转动，这过程实现了减速和解锁输出。

4. 执行板块

图 10 执行板块

执行板块的功能实现上下、左右 4 个维度的无级调节功能，调节角度为上下 10°、左右 10°，主要由 3 块平台底座组成：下部底座、中部底座、上部底座（见图 10）。下部底座的作用是连接保险杠、承载中部底座以及横向动力总成，实现上下 10° 的角度调节。中部底座承载上部底座以及纵向动力总成，实现左右 10° 的角度调节。上部底座为毫米波雷达的安装。

图 11 凸轮机构

执行板块的关键结构在于凸轮机构（见图 11）。

凸轮滑槽的轨迹线为渐开线，使凸轮滑轴运动匀速上升或者匀速下降，同时凸轮滑槽与凸轮滑轴之间的配合间隙要求较高，关系到运动的抖动性。

5. 结语

此系统方案具备调节角度精确可控、便捷、角度行程大的特点，符合目前调节需求。经过制作样件、组装测试、试验后，发现还有许多优化工作需要继续，如动力的匹配需要优化、凸轮和凸轮滑轴之间的间隙需要优化以及精度需要提高等。毫米波雷达的电动调节系统随着不断的探索和优化，将会更加精简和智能。

参考文献

[1] 张伦维. 防患于未然———汽车毫米波雷达[J]. 当代汽车，2009（5）：98－101

[2] 刘荣丰，李博. 毫米波雷达的应用及发展趋势[J]. 科协论坛，2009（1）：23－26

编辑整理：厚势分析师拉里佩

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